結(jié)構(gòu)吸波材料中纖維的電性能和吸波性能

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1、結(jié)構(gòu)吸波材料中纖維的電性能和吸波性能　隨著高分辨率、高可靠性先進探測技術(shù)的發(fā)展和精確制導(dǎo)武器的出現(xiàn)，作為現(xiàn)代戰(zhàn)爭標志的各類作戰(zhàn)飛機、導(dǎo)彈等武器的生存能力受到嚴重威脅，突防能力受到限制，為此，美國50年代就開始研究隱身技術(shù)，力圖降低武器在使用過程中的目標特性，即降低目標可探測性。1988年11月22日，美國空軍首次公開展示了多年來一直鮮為人知的B-2隱身轟炸機。1991年爆發(fā)的海灣戰(zhàn)爭中，美軍使用F-117A隱身戰(zhàn)斗機，出動1000多架次無一受損［1］，取得了很好的戰(zhàn)績，引起世界各軍事發(fā)達國家的高度重視，并競相積極研制和開發(fā)具有隱身性能的戰(zhàn)斗武

2、器。隱身武器的出現(xiàn)和應(yīng)用不僅是對各種探測和武器系統(tǒng)的嚴重挑戰(zhàn)，而且使作戰(zhàn)的戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)發(fā)生巨大變革，對未來戰(zhàn)爭產(chǎn)生極為深遠的影響。隱身能力已成為當今作戰(zhàn)飛機必備的重要性能之一?！　?zhàn)斗機的隱身能力可以通過改變飛機的外形和使用吸波材料來實現(xiàn)。第一種方法雖然效果較好，但技術(shù)難度較大，而采用吸波材料則相對簡單易行，且可以在現(xiàn)役飛機上使用。吸波材料按其應(yīng)用形式可以分為兩類：涂敷型吸波材料和結(jié)構(gòu)型吸波材料。涂敷型吸波材料施工方便，成本低，適應(yīng)于復(fù)雜外形，缺點是耐候性差，粘結(jié)性差，不能經(jīng)受高溫。結(jié)構(gòu)吸波材料具有承載和減小雷達反射截面的雙重功能，既能減輕結(jié)構(gòu)

3、重量，又能提高有效載荷，因而成為吸波材料研究的重點。纖維不僅決定著復(fù)合材料的力學(xué)性能，而且對吸波性能也有重要影響。各種纖維的力學(xué)性能已有大量的文獻進行了詳盡的論述，因此本文主要討論結(jié)構(gòu)吸波材料中纖維的電性能和吸波性能。1　常見結(jié)構(gòu)吸波材料的種類1.1　蜂窩夾芯吸波材料　　為Nomex纖維或玻璃纖維增強的樹脂基復(fù)合材料。在其中加入碳粉、金屬粉、鐵氧體粉或?qū)щ娎w維，即可成為結(jié)構(gòu)吸波材料。這種材料不僅能夠保持高比強度，而且能夠使雷達波在其中產(chǎn)生多次反射，從而提高吸收率。該材料用于飛機的機頭、機身和機翼邊緣［1，2］。1.2　碳纖維/樹脂基結(jié)構(gòu)吸波材

4、料　　碳纖維體積分數(shù)在30%～70％范圍，最好為編織體，樹脂為不飽和聚酯、聚酰亞胺、尼龍、聚乙烯等熱固性或熱塑性樹脂，但環(huán)氧樹脂與碳纖維的結(jié)合更好。該材料在某些特定條件下具有很好的寬頻吸收曲線［3］。1.3　混雜纖維結(jié)構(gòu)吸波材料　　玻璃纖維、Kevlar-49纖維具有良好的透波性能，與碳纖維制成混雜纖維復(fù)合材料，通過調(diào)節(jié)各種纖維的相對體積分數(shù)，可以得到具有隱身性能的結(jié)構(gòu)吸波材料［4］。1.4　碳化硅纖維、碳化硅－碳纖維復(fù)合材料　　碳化硅纖維具有耐高溫、密度小、強度高等特點，是發(fā)展很快的吸波材料之一。但碳化硅纖維的高電阻率限制了它的吸波性能，必

5、須對其進行改變。將碳、碳化硅以不同比例，通過人工設(shè)計的方法控制其電阻率，可以制得耐高溫、抗氧化、具有優(yōu)異力學(xué)性能和吸波性能的SiC-C纖維［5］。2　結(jié)構(gòu)吸波材料中纖維的電性能　　結(jié)構(gòu)吸波材料不僅能夠吸收雷達波，而且能夠作為結(jié)構(gòu)部件使用，這就要求其在具有吸波性能的同時還要具備良好的力學(xué)性能。結(jié)構(gòu)吸波材料的力學(xué)性能主要依賴于纖維的力學(xué)性能，電性能則是其中的各組員共同作用的結(jié)果?；w電性能、吸收劑電性能對材料的吸波性能有影響，而且對起增強作用的纖維也有影響，甚至有顯著的影響?！　〗Y(jié)構(gòu)吸波材料中常用的纖維有玻璃纖維、Kevlar纖維、碳纖維和碳化硅

6、纖維。玻璃纖維和Kevlar纖維不吸收雷達波，是理想的透波材料用纖維，用于制作雷達罩等。如用Kevlar-49纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的電性能見表1。表1　Kevlar-49/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料電性能［6］Table1　ElectricpropertiesofKevlar-49/epoxyresincomposite纖維體積分數(shù)纖維方向頻率介電常數(shù)損耗角正切58垂直9.3×1063.70.0158平行9.2×1093.70.01348垂直1064.10.024　　從表1看出，該復(fù)合材料是良好的透波材料。碳纖維和碳化硅纖維與雷達波的相互作用較為復(fù)

7、雜，以下主要介紹這兩種纖維的電性能。2.1　碳纖維的電性能　　碳纖維是由聚丙烯腈纖維在高溫下處理得到的。隨著處理溫度的升高，纖維的石墨化程度提高，相應(yīng)地纖維的電導(dǎo)率也提高。隨著熱處理溫度的不同，碳纖維對雷達波表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。高溫石墨化處理的碳纖維，電導(dǎo)率逐步接近導(dǎo)體，是雷達波的強反射材料。未經(jīng)石墨化處理的碳纖維，吸波性能與入射電場的方向有關(guān)。入射電場方向與纖維平行時，產(chǎn)生強反射，其特性接近于金屬；當入射電場方向與纖維垂直時，碳纖維是雷達波的損耗介質(zhì)(表2)［7］。用碳纖維制備的復(fù)合材料具有高強、高模、輕質(zhì)的特點，作為結(jié)構(gòu)吸波材料在B-2等隱

8、身飛機中得到了應(yīng)用［1］。表2　碳纖維的介電常數(shù)Table2　Permittivitiesofcarbonfiber頻率/GHz8.29101112.4ε（平行）1